JP5755479B2 - 含水切削液組成物およびその製造方法 - Google Patents
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さらに詳しくは、水とアルキレンオキサイド付加物からなる含水切削液組成物およびその製造方法に関する。
このような特性を有する含水切削液組成物は、各構成組成物を配合することでも製造できるが、通常これらの各構成組成物は蒸留などによる精製が行われているのに対し、本発明の製造方法を実施することにより、工業的に工程の簡素化が図れ、環境面(二酸化炭素の排出量削減)やコスト面において有益といえる。
すなわち、本発明は、
(1)水100重量部に対して、アルキレングリコール(a)が10〜120重量部、ジアルキレングリコール(b)が20〜240重量部、トリアルキレングリコール(c)が10〜230重量部、およびアルキレンオキサイドの4量体以上のポリオキシアルキレングリコール(d)が0〜120重量部の含有比率からなり、かつ粘度が5〜18mPa・s、表面張力が48〜54mN/mであることを特徴とする含水切削液組成物(A)
(2)水1モルに対して0.3〜1.5モルのアルキレンオキサイドを開環付加重合反応させて製造されるアルキレンオキサイド付加物(e)の混合物からなり、かつ粘度が5〜18mPa・s、表面張力が48〜54mN/mであることを特徴とする水とアルキレンオキサイド付加物(B)の混合物の製造方法;およびこの方法で製造された含水切削液組成物
(3)水とアルキレンオキサイドの開環付加重合反応で製造された水とアルキレンオキサイド付加物(B)に、必要に応じて配合調整した含有比率からなり、かつ粘度が5〜18mPa・s、表面張力が48〜54mN/mである水とアルキレンオキサイド付加物(B)の配合物(C)の製造方法;およびこの方法で製造された含水切削液組成物
である。
(1)アルキレングリコール、ジアルキレングリコール、トリアルキレングリコール、およびアルキレンオキサイドの4量体以上のポリオキシアルキレングリコールが水100重量部に対して特定の範囲で含有され、かつ粘度と表面張力を特定の範囲に有する含水切削液(第1発明);
(2)水1モルに対して0.3〜1.5モルの炭素数2および/または3のアルキレンオキサイドを開環付加重合反応させて製造されるアルキレンオキサイド付加物(e)の混合物からなり、かつ粘度と表面張力を特定の範囲に有するアルキレンオキサイド付加物(B)の混合物(C)の製造方法(第2発明);
(3)第2発明の製造法において、開環付加重合反応後に、特定の範囲の粘度と表面張力を有するようにするために必要に応じた量のアルキレンオキサイド付加物をさらに追加配合する水とアルキレンオキサイド付加物の配合物(D)の製造方法(第3発明)
の3つである。
アルキレングリコールの含有比率が10重量部未満になると、含水切削液の粘度が高くなり洗浄性が不十分となる。含有比率が120重量部より多くなると、含水切削液の表面張力が高くなり、加工後のウエハ表面粗さが悪化する。
ジアルキレングリコールの含有比率が20重量部未満になると、含水切削液の表面張力が高くなり、加工後のウエハ表面粗さが悪化する。含有比率が240重量部より多くなると、含水切削液の粘度が高くなり洗浄性が不十分となる。
トリアルキレングリコールの含有比率が10重量部未満になると、含水切削液の表面張力が高くなり、加工後のウエハ表面粗さが悪化する。含有比率が230重量部より多くなると、含水切削液の粘度が高くなり洗浄性が不十分となる。
アルキレンオキサイドの4量体以上のポリオキシアルキレングリコールの含有比率が120重量部より多くなると、含水切削液の粘度が高くなり洗浄性が不十分となる。
シリコンインゴットを加工する方法として、遊離砥粒および固定砥粒ワイヤーを用いる方法があり、本発明の切削液はいずれにも適用できるが、固定砥粒ワイヤーを用いて切削液を連続的に供給させながら加工する固定砥粒方式に特に適している。
具体的には、アルキレンオキサイドとして、プロピレンオキサイド(以下、POと略称することがある。)単独、エチレンオキサイド(以下、EOと略称することがある。)単独、プロピレンオキサイドとエチレンオキサイドをランダム状、プロピレンオキサイドとエチレンオキサイドを逐次付加反応させてブロック状の開環付加重合物である。
好ましくはプロピレンオキサイド単独、プロピレンオキサイドとエチレンオキサイドをランダム状の開環付加重合物であり、さらにこのましくはプロピレンオキサイド単独の開環付加重合物である。
そして、この製造方法で製造されたアルキレンオキサイド付加物(B)の混合物(C)は、第1発明と同じ特定の粘度範囲と表面張力範囲を有する。
含水切削液として使用する混合物の性能と混合物の製造コストの観点から好ましくは0.5〜1.2、さらに好ましくは0.7〜1.0である。
EOおよび/またはPOのモル数が0.3未満であると、含水切削液として使用する混合物(C)の表面張力が低く、加工後の表面粗さが悪化する。EOおよび/またはPOのモル数が1.5より多くなると、製造時間が長くなり製造コストが増し、さらに含水切削液として使用する混合物(C)の粘度が高くなるので加工後のウエハ洗浄性が悪化する。
アルキレングリコールの含有比率が10重量部未満になると、含水切削液として使用する混合物(C)の粘度が高くなり洗浄性が不十分となる。含有比率が120重量部より多くなると、含水切削液の表面張力が高くなり、加工後のウエハ表面粗さが悪化する。
ジアルキレングリコールの含有比率が20重量部未満になると、含水切削液として使用する混合物(C)の表面張力が高くなり、加工後のウエハ表面粗さが悪化する。含有比率が240重量部より多くなると、含水切削液の粘度が高くなり洗浄性が不十分となる。
トリアルキレングリコールの含有比率が10重量部未満になると、含水切削液として使用する混合物(C)の表面張力が高くなり、加工後のウエハ表面粗さが悪化する。含有比率が230重量部より多くなると、含水切削液として使用する混合物の粘度が高くなり洗浄性が不十分となる。
アルキレンオキサイドの4量体以上のポリオキシアルキレングリコールの含有比率が120重量部より多くなると、含水切削液として使用する混合物(C)の粘度が高くなり洗浄性が不十分となる。
シリコンインゴットを加工する方法として、遊離砥粒および固定砥粒ワイヤーを用いる方法があり、本発明の混合物はいずれにも適用できるが、固定砥粒ワイヤーを用いて切削液を連続的に供給させながら加工する固定砥粒方式に特に適している。
そして、この製造方法で製造されたアルキレンオキサイド付加物の配合物(D)は、第1発明と同じ特定の粘度範囲と表面張力範囲を有する。
そして、含有比率がそれぞれ、水100重量部に対して、アルキレングリコール(a)が10〜120重量部、ジアルキレングリコール(b)が20〜240重量部、トリアルキレングリコール(c)が10〜230重量部、およびアルキレンオキサイドの4量体以上のポリオキシアルキレングリコール(d)が0〜120重量部である。
アルキレングリコールの含有比率が10重量部未満になると、混合物(D)の粘度が高くなり洗浄性が不十分となる。含有比率が120重量部より多くなると、混合物(D)の表面張力が高くなり、加工後のウエハ表面粗さが悪化する。
ジアルキレングリコールの含有比率が20重量部未満になると、混合物(D)の表面張力が高くなり、加工後のウエハ表面粗さが悪化する。含有比率が240重量部より多くなると、混合物(D)の粘度が高くなり洗浄性が不十分となる。
トリアルキレングリコールの含有比率が10重量部未満になると、混合物(D)の表面張力が高くなり、加工後のウエハ表面粗さが悪化する。含有比率が230重量部より多くなると、混合物(D)の粘度が高くなり洗浄性が不十分となる。
アルキレンオキサイドの4量体以上のポリオキシアルキレングリコールの含有比率が120重量部より多くなると、混合物(D)の粘度が高くなり洗浄性が不十分となる。
シリコンインゴットを加工する方法として、遊離砥粒および固定砥粒ワイヤーを用いる方法があり、本発明の混合物はいずれにも適用できるが、固定砥粒ワイヤーを用いて切削液を連続的に供給させながら加工する固定砥粒方式に特に適している。
表1記載の配合比(重量部)で各成分を配合して切削液を調製した。
なお、表1中のPGはプロピレングリコール、DPGはジプロピレングリコール、TPGはトリプロピレングリコール、PPGはポリオキシプロピレングリコールの略称記号を表す。
切削液の表面張力は、自動動的表面張力計(FACE;協和界面化学(株)製)を用いて25℃で測定した。
切削液の粘度は、ブルックフィールド型回転粘度計を用いて25℃で測定した。
その結果を表1に示す。
その結果を表1に示す。
被切断材として25mm角の単結晶シリコンインゴットを用い、固定砥粒ワイヤー、シングルワイヤーソー型切断機(SOUTH BAY TECHNOLOGY製)で切断試験を実施した。
切断条件:クーラント流量50ml/分、
切断後のウエハ表面粗さ(Ra)を原子間力顕微鏡(エスアイアイ・ナノテクノロジー株式会社製、E−Sweep)を用いて測定した。
○:Raが0.5μm未満
×:Raが0.5μm以上
(1)含水切削液100部に対してシリコンインゴッドの切り屑を想定したケイ素粉末(高純度化学研究所社製;粒子径1μm以下)10部を加え、ディスパーサー(T.K.ロボミックス;プライミクス(株)製)を用いて3000回転で1分間攪拌分散してケイ素粉末を含むスラリーを作成した。
(2)約2.5cm四方に切断した多結晶シリコンウエハ上に上記で調製したスラリーのスポイト一滴分(0.02g)を付着させ、20分間静置させて試験片とした。
(3)この試験片を垂直に立てた状態で25℃のイオン交換水中に静かに入れて全体を浸漬させ、水中で静置させる。
(4)水中でスラリーがシリコンウエハ上から剥がれ滑り落ちて除去されるのを観察して、浸漬直後から除去されるのに要した時間を記録した。
○:浸漬後5分未満でウエハ上のスラリーが除去される。
×:ウエハ上のスラリーが除去されるのに要する時間が5分以上であるか、または除去されない。
下記記載の製造方法によりアルキレンオキサイド付加物の混合物(B−1)〜(B−4)および(B’−1)、(B’−2)を製造し、含水切削液とした。水1モルに対するPOまたはEOのモル数、および各成分の含有比率(重量部)を表2に示す。
なお、各成分比率はガスクロマトグラフィー(GC-2014;島津製作所(株)製)で算出した。
また、プロピレンオキサイドおよびエチレンオキサイドをランダム状またはブロック状で開環付加重合反応させる場合であっても、生成するアルキレングリコール、ジアルキレングリコール、トリアルキレングリコール、4量体以上のポリオキシアルキレングリコールとしてガスクロマトグラフィーで各成分比率を、ガスクロマトグラフィーを用いて測定し、そのピーク面積比から算出することは可能である。
ただし、得られる生成物はエチレンオキサイドとプロピレンオキサイドのランダム付加物となり、ガスクロマトグラフィーでは保持時間が近すぎて分離ができず、おのおのの生成物の区別はできない。
実施例5
ステンレス製加圧反応装置に水382部と水酸化ナトリウム0.5部を仕込み、窒素置換後に、90〜140℃でプロピレンオキサイド618部の約4時間で圧入した(水1モルに対してプロピレンオキサイド0.5モル)。
同温度でさらに4時間反応させて、プロピレングリコール(PG)とジプロピレングリコール(DPG)とトリプロピレングリコール(TPG)と4量体以上のポリプロピレングリコール(PPG)と水の混合物(B−1)を得た。
実施例5において、水を237部、プロピレンオキサイドを763部とした以外は、実施例5と同様な操作を行い、本発明の混合物(B−2)を得た(水1モルに対してプロピレンオキサイド1.0モル)。
実施例5において、水を171部、プロピレンオキサイドを829部とした以外は、実施例5と同様な操作を行い、本発明の混合物(B−3)を得た。(水1モルに対してプロピレンオキサイド1.5モル)
実施例5において、水を246部、プロピレンオキサイドを634部、エチレンオキサイドを120部とした以外は、実施例5と同様な操作を行い、本発明の混合物(B−4)を得た(水1モルに対してプロピレンオキサイド0.8モル、エチレンオキサイド0.2モル)。
実施例5において、水を750部、プロピレンオキサイドを250部とした以外は、実施例5と同様な操作を行い、本発明の混合物(B’−1)を得た(水1モルに対してプロピレンオキサイド0.1モル)。
実施例5において、水を93部、プロピレンオキサイドを907部とした以外は、実施例5と同様な操作を行い、本発明の混合物(B’−2)を得た(水1モルに対してプロピレンオキサイド3.0モル)。
比較例3で得られた(B’−1)80部に対してDPG20部を追加配合して含水切削液を調製した。
追加配合した切削液の配合後の各成分比率を表3に示す。
実施例9と同様にして、比較例3で得られた(B’−1)、比較例4で得られた(B’−2)、TPG、PGを追加配合して実施例10と実施例11の切削液を調製した。
一方、プロピレングリコールの含有比率が高い比較例1及び比較例3は、切削液の表面張力が高く、加工中のウエハ細部まで切削液が届かないため、加工後のウエハ表面の精度が不十分である。
また4量体以上のポリプロピレングリコールの含有比率が高い比較例2及び比較例4は、切削液の粘度が高く、加工後のウエハ上に切削液が残りやすくなり、洗浄性が不十分である。
また、本発明の含水切削液を用いてシリコンインゴットを切削加工して製造されたシリコンウエハは、例えばメモリー素子、発振素子、増幅素子、トランジスタ、ダイオード、太陽電池、LSIの電子材料として利用でき、これらの電子材料は、パソコン、携帯電話、ディスプレー、オーディオ等に使用することができる。
Claims (9)
- 水100重量部に対して、アルキレングリコール(a)が10〜120重量部、ジアル
キレングリコール(b)が20〜240重量部、トリアルキレングリコール(c)が10
〜230重量部、およびアルキレンオキサイドの4量体以上のポリオキシアルキレングリ
コール(d)が0〜120重量部の含有比率からなり、かつ粘度が5〜18mPa・s、
表面張力が48〜54mN/mであることを特徴とする含水切削液組成物(A)。 - アルキレングリコール(a)がプロピレングリコール(a1)、ジアルキレングリコー
ル(b)がジプロピレングリコール(b1)、トリアルキレングリコール(c)がトリプ
ロピレングリコール(c1)、およびアルキレンオキサイドの4量体以上のポリオキシア
ルキレングリコール(d)がプロピレンオキサイドの4量体以上のポリオキシプロピレン
グリコール(d1)である請求項1記載の含水切削液組成物(A1)。 - シリコンインゴット切削液用である請求項1または2記載の含水切削液組成物。
- 水1モルに対して0.3〜1.5モルの炭素数2および/または3のアルキレンオキサイ
ドを開環付加重合反応させて製造されるアルキレンオキサイド付加物(e)の混合物から
なり、かつ粘度が5〜18mPa・s、表面張力が48〜54mN/mであることを特徴
とするアルキレンオキサイド付加物(B)の混合物(C)の製造方法。 - 水とアルキレンオキサイド付加物(B)の含有比率が下記である請求項4記載の水とアルキレンオキサイド付加物(B)の混合物(C)の製造方法。
含有比率がそれぞれ、水100重量部に対して、アルキレングリコール(a)が10〜1
20重量部、ジアルキレングリコール(b)が20〜240重量部、トリアルキレングリ
コール(c)が10〜230重量部、およびアルキレンオキサイドの4量体以上のポリオ
キシアルキレングリコール(d)が0〜120重量部。 - プロピレンオキサイドを開環付加重合反応させて製造される請求項4または5記載の水とプロピレンレンオキサイド付加物(B1)の混合物の製造方法。
- プロピレンオキサイドおよびエチレンオキサイドをランダム状またはブロック状で開環付加重合反応させて製造される請求項4または5記載の水とアルキレンオキサイド付加物(B2)の混合物の製造方法。
- 水と炭素数2および/または3のアルキレンオキサイドの開環付加重合反応で製造され
た水とアルキレンオキサイド付加物(B)の混合物に、さらにアルキレングリコール(a
)、ジアルキレングリコール(b)、トリアルキレングリコール(c)および4量体以上
のポリオキシアルキレングリコール(d)からなる群より選ばれる1種以上を必要に応じ
た量を追加配合して、下記含有比率からなり、かつ粘度が5〜18mPa・s、表面張力
が48〜54mN/mである水とアルキレンオキサイド付加物の配合物(D)の製造方法
。
含有比率がそれぞれ、水100重量部に対して、アルキレングリコール(a)が10〜1
20重量部、ジアルキレングリコール(b)が20〜240重量部、トリアルキレングリ
コール(c)が10〜230重量部、およびアルキレンオキサイドの4量体以上のポリオ
キシアルキレングリコール(d)が0〜120重量部。 - 開環付加重合反応させるアルキレンオキサイドがプロピレンオキサイドである請求項8記載の水とアルキレンオキサイド付加物(D)の配合物の製造方法。
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